Atividade prática - Estudando a água Parte 5 9º ano do Ensino Fundamental e 1º ano do Ensino Médio Objetivo Diversos experimentos, usando principalmente água e materiais de fácil obtenção, são possíveis e importantes para vivenciar as principais propriedades físicas e químicas da água, bem como sua interação com outras substâncias. É desnecessário falar da importância de se conhecer as propriedades da água, principalmente em tempos que anunciam a escassez desse recurso. Além disso, o estudo da água também permite introduzir a compreensão das propriedades de outras substâncias, ampliando os horizontes do entendimento científico de diversos fenômenos do cotidiano; que, por sua vez, são inerentes às questões ambientais, industriais, culinárias, medicinais e muitas outras. Introdução Você já deve ter percebido que na prática de aquarismo, que é a criação de peixes ornamentais em aquários, é fundamental a presença de um borbulhador, de preferência constantemente ligado. Não se trata de um enfeite, simplesmente. O borbulhador proporciona a dissolução constante de gás oxigênio (O2) na água, disponibilizando esse gás para a respiração dos peixes. Ou seja, os peixes respiram o mesmo gás que nós respiramos, porém dissolvido na água. Os aquários que não utilizam borbulhadores possuem plantas aquáticas, cujo processo de fotossíntese fornece o oxigênio (O2) para os peixes; estes, por sua vez, fornecem para as plantas o dióxido de carbono (CO2) produzido na respiração. Os aquários que não utilizam plantas aquáticas, obrigatoriamente precisam de borbulhadores. Aquário com plantas aquáticas e borbulhador oculto sob as pedras e conchas no fundo. Disponível (acesso: 21.03.2015): http://commons.wikimedia.org/wiki/category:aquatic_ecology Poluição térmica Como foi visto na parte 4, logo quando o aquecimento da água é iniciado acontece a liberação de algumas bolhas de gás, que ficam aderidas nas paredes do béquer ou da panela. Pode-se dizer que, de maneira geral, quanto mais quente estiver um líquido, menor sua capacidade de reter gases dissolvidos. Isso porque, quanto maior a temperatura, mais agitadas as moléculas ficam, expulsando do meio aquoso as moléculas gasosas. O experimento sugerido para a comparação do refrigerante gelado e do refrigerante em temperatura ambiente é justamente para comprovar esse fato. Sabe-se que o refrigerante gelado retém o gás carbônico (CO2) por mais tempo, depois de aberto. No momento em que se abre as duas garrafas, percebe-se que o refrigerante mais quente expulsa imediatamente muito mais gás, produzindo mais bolhas, do que o que está gelado. No ambiente, acontece a mesma coisa. As variações térmicas do meio aquoso, mesmo que de poucos graus, comprometem a quantidade de oxigênio
dissolvido e podem matar diversas espécies aquáticas, como o zooplâncton e peixes. Muitas empresas se instalam próximas de cursos d água ou de lagos, porque precisam de grandes quantidades de água para resfriamento de máquinas ou para processos de lavagem. Depois de utilizada, a água é devolvida tratada (ou não) para o ambiente, mas, frequentemente, com temperatura superior à temperatura da água do rio ou do lago. Essa prática é conhecida como poluição térmica e muitas vezes não recebe a devida importância e fiscalização, porque não se trata de um tipo comum de poluição, pelo fato de não conter substâncias tóxicas dissolvidas. Ciclo do nitrogênio (N) nos aquários. Os alimentos (matéria orgânica) jogados aos peixes possuem grande quantidade de nitrogênio, principalmente nas proteínas. Depois de digerido, o nitrogênio é eliminado na água na forma de cátion amônio (NH4 + ). As bactérias aeróbicas (nitrosomonas e nitrospira) convertem o cátion amônio em nitrito (NO2 - ) e depois em nitrato (NO3 - ). Este ânion é, então, absorvido pelas raízes das plantas para formar aminoácidos e proteínas, promovendo o crescimento do vegetal. Assim, indiretamente, a ração para peixes favorece o crescimento de plantas aquáticas. Disponível (acesso: 20.03.2015): http://commons.wikimedia.org/wiki/file:aquarium_nitrogen_cycle_es.png Eutrofização Mas, e se colocarmos excesso de ração para os peixes? Certamente haverá um desequilíbrio. A parte da ração não consumida pelos peixes sofrerá decomposição por bactérias aeróbicas presentes na água, que se multiplicam e consomem grande parte do oxigênio dissolvido. Se o aquário tiver um borbulhador em funcionamento, provavelmente não faltará oxigênio dissolvido para os peixes e nada de grave acontecerá. Mas, no ambiente, a concentração de oxigênio é bem mais sensível e não há borbulhadores. A oxigenação da água se dá pela troca gasosa espontânea do ar com a superfície do líquido e pelo movimento da água e no impacto dessa com as pedras, nas corredeiras e nas quedas d água. Considere uma situação de poluição térmica, para fins de exemplo. Como tudo no ambiente, a poluição térmica não é um fato isolado, pois um pequeno desequilíbrio pode gerar outros maiores. Se uma indústria joga uma água com temperatura superior a 2,5ºC em relação à temperatura da água do rio, a perda de oxigênio dissolvido pode levar à morte uma parcela da fauna. Essa mortalidade constitui um excesso de matéria orgânica na água, gerando o fenômeno da eutrofização. Assim que a matéria orgânica começa a ser decomposta por bactérias aeróbicas presentes na água, elas se reproduzem rapidamente e passam a consumir ainda mais o oxigênio dissolvido na água, o que faz decrescer muito a concentração desse gás, limitando ou até esgotando a disponibilidade dele para os outros peixes do rio. Com isso, mais peixes morrem e o problema da eutrofização recomeça, iniciando um círculo vicioso, atingindo grande parte da fauna daquele rio. Mortandade excessiva de peixes em um rio. Disponível (acesso: 20.03.2015): http://commons.wikimedia.org/wiki/file:fish_kill_pollution.jpg
O excesso de matéria orgânica na água é, frequentemente, causado por falhas na adubação química das lavouras. Muitos agricultores utilizam os adubos químicos NPK, ricos em nitrogênio (N), fósforo (P) e potássio (K), que, se colocados em excesso nas plantações, podem ser lavados pelas chuvas ou pela água de irrigação e transportados até os rios e lagos das proximidades, promovendo sua eutrofização por adubação química. Os efeitos são exatamente os mesmos da eutrofização por matéria orgânica. Percebe-se, então, que há vários fatores que contribuem para a expulsão para a atmosfera do oxigênio gasoso (O2) dissolvido na água. A falta desse gás dissolvido provoca inúmeros problemas ambientais para o ambiente aquático, que é muito sensível. Um leve aquecimento ou a simples poluição com matéria orgânica são fatores que podem causar grandes estragos em rios, lagos e mares. Mas, e se o aquecimento da água continuar? Que propriedades permitem que a água passe para o estado gasoso, mesmo em temperatura ambiente ou que ferva a temperaturas em torno de 100ºC? Experimento 1 Observando a ebulição da água em um copo de papel Material A) Copo de papel ou forma de papel para empadas. B) Bico de Bunsen, lamparina ou outra fonte de calor. C) Termômetro de laboratório. D) Fósforos. E) Suporte universal. F) Duas garras metálicas para fixar o termômetro suspenso no suporte e o copo de papel. G) Água destilada ou de torneira. Procedimento 1. Monte o sistema de aquecimento, sem o uso de tela de amianto, de forma que o copo fique suspenso diretamente sobre a chama do bico de Bunsen. 2. Coloque água até cerca de 1/3 do volume de seu volume. 3. Fixe o termômetro de forma que o bulbo fique mergulhado na água, sem tocar o fundo do copo. 4. Acenda a chama do bico de Bunsen com um fósforo. Observe. 5. Assim que iniciar a ebulição da água, aguarde cerca de 1 minuto e desligue a chama. 6. Corte uma tira de papel do mesmo copo utilizado, e seque-a bem com um papel toalha. 7. Aproxime essa tira de papel do copo da chama de um fósforo. Observe. Observações e questões 1) O papel de que é feito o copo ou forma de empadas é combustível? Comente. 2) O que aconteceu com o papel do copo sob aquecimento direto da chama, enquanto tinha água em seu interior? Comente.
3) Como você explica que a água, mesmo por dentro do copo, impediu que o papel queimasse por ação do fogo na parte externa? Experimento 2 Observando a ebulição da água em um balão de borracha. Material A) Bexiga de festa ou balão de borracha. B) Bico de Bunsen, lamparina ou outra fonte de calor. C) Fósforos. D) Seringa grande, sem agulha. E) Suporte universal*. F) Garra metálica para fixar o balão*. G) Pedaço de barbante. H) Água destilada ou de torneira. * Esses itens podem ser substituídos por tripé com plataforma circular para apoiar o balão por baixo. Procedimento 1. Coloque cerca de 100mL de água dentro do balão, com auxílio de uma seringa. 2. Sopre e infle o balão, mas sem deixar que ele atinja seu volume máximo; ou seja, sem esticar muito a borracha, deixando-o meio cheio, meio vazio. Amarre a boca do balão com um barbante. 3. Monte o sistema de aquecimento, sem o uso de tela de amianto, de forma que o balão fique suspenso diretamente sobre a chama do bico de Bunsen. 4. Acenda a chama do bico de Bunsen com um fósforo. Observe. 5. Assim que iniciar a ebulição da água, aguarde cerca de 1 minuto e desligue a chama. 6. Corte uma tira de borracha do mesmo balão utilizado, e seque-a bem com um papel toalha. 7. Aproxime essa tira de borracha da chama de um fósforo. Observe. Observações e questões 4) A borracha de que é feito o balão é combustível? Comente. 5) Talvez você já tenha visto um desses dois experimentos apresentado na forma de espetáculo de mágica. Você se surpreendeu com o que foi observado? Comente.
6) Qual propriedade da água permitiu que os dois materiais, reconhecidamente combustíveis, não sofressem queima? O que aconteceu com o calor da chama na superfície do papel e da borracha? 7) Esses experimentos podem ser comparados à ação da água no combate a incêndios? Quais as semelhanças e as diferenças? O fogo foi extinto por ação da água? Comente.